Prosím, vypněte mobilní telefony
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 47

Prosím, vypněte mobilní telefony PowerPoint PPT Presentation


  • 95 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Prosím, vypněte mobilní telefony. Fyziologie rostlin. Základní kurs 5 Fotosyntéza. Ing. Zuzana Balounová, PhD. ([email protected]). Sekundární procesy asimilace CO 2 (temnostní, syntetická fáze).

Download Presentation

Prosím, vypněte mobilní telefony

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Pros m vypn te mobiln telefony

Prosím, vypněte mobilní telefony


Pros m vypn te mobiln telefony

Fyziologie rostlin

Základní kurs 5

Fotosyntéza

Ing. Zuzana Balounová, PhD.

([email protected])


Pros m vypn te mobiln telefony

Sekundární procesy asimilace CO2 (temnostní, syntetická fáze)

  • ATP a NADPH vzniklé v primárních pochodech mohou být použity k vázání a redukci CO2 v tzv. Calvinově cyklu (C3 cyklus).

  • evolučně velmi starý proces společný všem fotosyntetizujícím organizmům. Žádný jiný cyklus se srovnatelnou funkcí není znám.

  • redukce CO2 a syntéza org. sloučenin s vysokým energetickým obsahem ve stromatech chloroplastů


Sekund rn procesy asimilace co 2 temnostn syntetick f ze

Sekundární procesy asimilace CO2(temnostní, syntetická fáze)

  • asimilace CO2 do organických sloučenin

  • Calvinův cyklus

    1) karboxylace

    2) redukce

    3) regenerace


1 karboxylace

1) karboxylace

  • CO2 vázán na akceptor (ribulóza 1,5 biP)

  • bez dodání energie

  • pomocí RUBISCA

    2 molekuly 3-PGA

    (kyseliny 3-fosfoglycerové)


2 redukce

2) redukce

  • Fosforylace (P z ATP)

  • redukce (pomocí NADPH) na3-PGAd

    (3fosfoglyceraldehyd)

  • Celkový náklad: 2 x ATP + 2 x NADPH


3 regenerace

3) regenerace

3-PGA:

Řetěz reakcí syntéza ribulózo-1,5-biP (RuBP)

(=akceptor pro další molekulu CO2

syntéza glukózy

K čistému zisku 1 molekuly s 3C je třeba fixovat 3 x CO2

= cyklus proběhne 3x

Zpracování 3C molekuly:

- v chloroplastu (syntéza škrobu)

- v cytosolu (jiné syntézy)


Pros m vypn te mobiln telefony

  • Ze šesti molekul 3-fosfoglyceraldehydu je jen jedna použita k syntéze glukózy jako čistý výtěžek fixace tří molekul CO2

  • ostatních pět molekul se účastní regenerace pentózy RuBP.


Calvin v cyklus

Calvinův cyklus

  • evolučně starý, jediný způsob asimilace C


Pros m vypn te mobiln telefony

Převzato z: http://www.whfreeman.com/biology (27.10.2003)


Pros m vypn te mobiln telefony

„osud“ atomu uhlíku při asimilaci CO2

Převzato z: http://www.whfreeman.com/biology (27.10.2003)


Calvinuv cyklus c 3 p ent zofosf tov cesta fixace co 2

Calvinuv cyklus, C3pentózofosfátová cesta fixace CO2

  • fixace CO2 přes ribulózo-1,5-bisfosfát (RuBP) (5C)

  • který se ihned štěpí na 2 molekuly kys. 3-fosfoglycerové

    (PGA) (2x3C)

  • fixace je katalyzována RuBP-karboxylázou


Pros m vypn te mobiln telefony

Rubisco

ribulózo-1,5­bisfosfát-karboxyláza/oxygenáza

Nejdůležitější enzym Calvinova cyklu (umožňující navázání C z CO2)


Pros m vypn te mobiln telefony

Rubisco –může fungovat nejen jako karboxyláza, ale i jako oxygenáza - na stejný substrát může vnášet i O2.

Afinita Rubisco k CO2 je podstatně větší než k O2, ale v chloroplastech bývá v důsledku fotolýzy vodykoncentrace O2 daleko vyšší, než CO2

oxygenázová aktivita Rubisco se prosadí a spustí se fotorespirace.


Fotorespirace

Fotorespirace

  • Proces opačný k fotosyntéze, ztráta CO2 do okolí

  • probíhá jenna světle (oproti mitochondriální respiraci!)

  • jev dán karboxylačně-oxidační aktivitou Rubisca (za běžných podmínek asi 4:1)

  • vyšší parciální koncentrace CO2 vyšší fotosyntéza

  • vyšší radiace a teplota

     vyšší fotorespirace

  • běžně rostliny ztrácí okolo 20% získaného CO2


Fotorespirace1

fotorespirace


Pros m vypn te mobiln telefony

  • Z P- glykolátu se odštěpí P

  • glykolát je transportován do peroxizomů: syntéza glycinu

  • V mitochondriích další syntézy-uvolňuje seCO2

    a NH3

    Ztráta C 10% + energetické ztráty (ATP, NADPH)

    Snížení účinnosti fixace CO2

    Enzym Rubisko se zachoval z doby, kdy měla atmosféra více CO2 a méně O2 – tehdy jen fce karboxylázy (?)


Pros m vypn te mobiln telefony

Fotorespirace probíhá za součinnosti různých organel:chloroplastů, peroxizómů a mitochondrií

Čistý výtěžek fotosyntézy(např. výnosy plodin)

při intenzivní fotorespiraci u C3 rostlin – silný pokles


Fotorespirace2

fotorespirace


Pros m vypn te mobiln telefony

  • C4 - cyklus (Hatch-Slackova cesta)

  • V průběhu evoluce rostlin se vyvinuly některé pozoruhodné metaboIické adaptace, které umožňují

  • zvýšit parciální tlak CO2 v místech jeho fixace Calvinovým cyklem a tím také

  • potlačit oxygenázovou aktivitu Rubiscoa tedyfotorespiraci

  • Společnýmprincipem těchto adaptací jeopakovaná karboxylace


Pros m vypn te mobiln telefony

Převzato z: http://www.whfreeman.com/biology (27.10.2003)


Pros m vypn te mobiln telefony

  • U C4 rostlin

  • neníprimárním akceptoremCO2 RuBPale

  • kyselina fosfoenolpyrohroznová (PEP)

  • prvním stabilním produktem je

  • C4 kyselina oxaloctová

  • dále vznikají kyselina asparagová (asparát)

  • kyselina jablečná (malát)

  • ( C4 ­kyseliny s minimálně dvěma karboxyly)


C4 cesta dikarboxylov ch kyselin hatch slackova

C4 - cesta dikarboxylových kyselin Hatch - Slackova

  • v buňkách pochev CS

  • z OAA uvolňován CO2

  • následně vázán na RuBP (jako u C3-cesty)

  • pyruvát se vrací do mezofylu


Pros m vypn te mobiln telefony

Fixační cesta CAM

(Crassulacean Acid Metabolism).

Sukulentní rostlinyobsahují buňky svelkými vakuolami, které mají značnouskladovací kapacitu.

Fixace CO2 u sukulentů vykazujeshodu s C4-cestou.

Oba karboxylační procesy probíhají ale v téže buňce. Nejsou odděleny prostorově (jak je tomu u C4) alečasově (neprobíhají současně)


Fotosynt za cam cyklus

Fotosyntéza – CAM cyklus


Pros m vypn te mobiln telefony

Převzato z: http://www.whfreeman.com/biology (27.10.2003)


Cam crassulacean acid metabolism

CAM - Crassulacean Acid Metabolism

  • Časové oddělení fixace CO2 a syntézy uhlíkatých sloučenin

  • v noci fixace CO2 přes PEP, hromadění ve formě malátu ve vakuole

  • ve dne malát převáděn zpět, dekarboxylován a v chloroplastech zpracován zpětně uvolněný CO2 Kelvinovým cyklem


Metabolick typy rostlin podle fixace uhl ku

Metabolické typy rostlin podle fixace uhlíku

  • C3-rostliny- převážná většina rostlin, primární způsob fixace C, asi 20% ztrát fotorespirací (díky oxidační aktivitě RuBP-karboxylázy)

  • C4-rostliny- asi 2000 druhů rostlin (přibližně 20 čeledí), tropické trávy (Zea mays, Saccharum officinarum, čeledi Portulacaceae, Euphorbiaceae, Chenopodiaceae, také některé sinice (Anacystis nidulans), minimální ztráty fotorespirací, vyšší afinita PEP-karboxylázy vůči CO2větší efektivita oproti C3 rostlinám

  • CAM-rostliny- především sukulentní rostliny nejvíce z čeledí Agavaceae, Bromeliaceae, Cactaceae, Crassulaceae, Orchidaceae, ale také některé epifytické kapradiny a submerzní rostliny (Isoëtes, Crassula aquatica), smyslem CAM je minimalizovat ztráty vody


C3 vs c4 rostliny

C3- vs. C4-rostliny

  • Anatomická stavba listu - Krantz-anatomie u C4 (Krantz = věnec), tlustostěnné buňky obsahující chloroplasty tvořící věnčitý obal cévních svazků, není rozlišen palisádový a houbovitý mezofyl

  • rozdílná afinita Rubisco a PEP-karboxylázy vůči CO2

  • minimální ztráty fotorespirací u C4

  • kompenzační bod a bod nasycení fotosyntézy vyšší u C4

  • geografické rozšíření - C4 schází v chladných klimatických oblastech


Pros m vypn te mobiln telefony

C3 (tříuhlíkatý produkt fosfoglycerát):

  • u nás 99,7 % rostlin, součástí fotosyntézy je fotorespirace -rostliny ztrácejí 20-50 % CO2, největší ztráty hmoty nastávají za horkých suchých dní, kdy je omezen výpar vody a v důsledku uzavření průduchů klesá koncentrace CO2 a podíl fotorespirace vzhledem k fotosyntéze vzrůstá

    C4 (čtřuhlíkatý produkt (oxalacetát):

  • tropické, u nás 0,3 % rostlin (kukuřice, bambus, proso, cukrová třtina), rychle rostoucí, velice účinně vážou CO2, fotorespirace je potlačena, za horkých dnů produkují

    2-3krát více glukózy než C3 rostliny

  • za mírných dní jsou však C3 rostliny výkonnější, protože na fixaci CO2 spotřebují méně energie.


Pros m vypn te mobiln telefony

S

Saccharum officinarum


Euphorbia sp

Euphorbia sp.


Chenopodium sp

Chenopodium sp.


Mesembryanthemaceae

Mesembryanthemaceae


Cactaceae

Cactaceae


Anacystis nidulans sinice

Anacystis nidulans (sinice)


Pros m vypn te mobiln telefony

Co se děje dál s asimiláty?

  • v chloroplastu - během fotosyntézy vznik sacharidů, bílkovin, lipidů, škrobu (tranzitorní š.)

  • v cytoplazmě – škrob se rozloží na sacharózu, přenáší se cévními svazky a ukládá do zásoby (cukrová třtina, řepa)

  • nebo vzniká zásobní škrob a ukládá se v zásobních orgánech (hlízy, plody, kořeny ...)


Fotosynt za vodn ch rostlin

Fotosyntéza vodních rostlin

Vlastnosti vodního prostředí:

  • Nízký příkon radiace (eufotická zóna)

  • koncentrace plynů roste s tlakem nad hladinou a klesající teplotou, naopak klesá s obsahem rozpuštěných solí

  • CO2 ve vodě snadno rozpustný, ale difúze asi 10,000x pomalejší oproti vzduchu  nedostatečné zásobování CO2 k listům

  • s rostoucím pH vody se posouvá rovnováha (H2CO3)  H2O + CO2 H+ + HCO3-  2H+ + CO32- doprava, při pH > 9 schází volný CO2


Adaptace vodn ch rostlin na p jem uhl ku

Adaptace vodních rostlin na příjem uhlíku

  • Příjem celým povrchem těla (nejsou přítomny průduchy) - maximálně dělené listy (Myriophyllum, Ceratophyllum, Batrachium)

  • redukce hraniční vrstvy okolo listů - snižuje ji proudění vody, zmenšení plochy listů (hraniční vrstva roste s kvadrátem listové plochy)

  • příjem HCO3- : 1. aktivní transport (sinice, řada zelených řas), 2. převod na CO2 v buněčné stěně pomocí enzymu karbonát-anhydrázy (Elodeacanadensis), 3. protonový polární transport - vylučování H+ lokální zvýšení acidity  posun rovnováhy směrem k volnému CO2 (Characeae, makrofyta)

  • využití CO2 z organického sedimentu - příjem kořeny a rozvod skrze kanálky k listům (Isoëtes, Litorella uniflora, Lobelia dortmana)


Cam vodn ch makrofyt

CAM vodních makrofyt

  • CAM submerzních makrofyt - cirkadiánní změny koncentrace malátu a pH v buňkách, popsáno u Isoëtes howellii, mají C3, CAM slouží jako dodatečný zdroj


Iso tes andicola

Isoëtes andicola

  • Terestrická rostlina s listy bez průduchů, velmi silná kutikula - nulová výměna plynů s atmosférou

  • příjem CO2 kořeny z organického sedimentu

  • CAM - probíhá v noci, malý příjem CO2 ze sedimentu a recyklace respiratorního CO2, dodatečný metabolismus k dennímu C3


  • Login